Transforming Plastics to Single Atom Catalysts for Peroxymonosulfate Activation: Axial Chloride Coordination Intensified Electron Transfer Pathway

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作者
Shiying Ren,Yantao Wang,Lei Shi,Xin Xu,Shuang Zhong,Kunsheng Hu,Hongyu Zhou,Zhong‐Shuai Zhu,Peng Zhou,Wenjie Tian,Jian‐Min Zuo,Jiabao Yi,Xiaohong Guan,Xiaoguang Duan,Shaobin Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (8): e2415339-e2415339 被引量:77
标识
DOI:10.1002/adma.202415339
摘要

Abstract Transforming plastics into single‐atom catalysts is a promising strategy for upcycling waste plastics into value‐added functional materials. Herein, a graphene‐based single‐atom catalyst with atomically dispersed FeN 4 Cl sites (Fe─N/Cl─C) is produced from high‐density polyethylene wastes via one‐pot catalytic pyrolysis. The Fe─N/Cl─C catalyst exhibited much higher turnover frequency and surface area normalized activity ( K ac ) compared with the Fe─N─C catalyst without axial Cl modulation. Both experiments and density functional theory (DFT) computations demonstrated that the axial incorporation of chloride fine‐tuned the coordination environment of FeN 4 sites and enhanced peroxymonosulfate (PMS) activation because of improved conductivity and modulated spin state. In situ, Raman, and infrared spectroscopic techniques revealed that PMS is activated by the Fe─N/Cl─C catalyst through an electron transfer process. The formation of a key PMS * intermediate at the Fe site effectively elevated the redox capacity of the catalyst surface to realize a fast degradation of diverse pollutants. The non‐radical oxidation manner secures high selectivity toward target pollutants and high chemical utilization efficiency. A continuous operation in a column reactor also demonstrated the high efficiency and stability of the (Fe─N/Cl─C + PMS) system for practical water treatment.
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